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今天凌晨,見證歷史!

1961年

人類首次進入太空

1969年

人類首次登上月球

2000年

人類首次在國際空間站長期駐留

2020年

人類民營航天企業首次將航天員送入太空

獵鷹9火箭成功將載人龍飛船發射升空。

台灣時間今天凌晨3 時22分,美國SpaceX公司在肯尼迪航天中心使用獵鷹9火箭,將搭載有兩名航天員羅伯特·本肯和道格·赫利的載人龍飛船發射升空,前往距地面400公里高的國際空間站,執行代號為Demo-2 的首次載人飛行任務。預計台灣時間今晚22點30分左右對接國際空間站。

至此,美國時隔9年後再次從本土將航天員發射升空,也是SpaceX公司成立18年以來首次載人任務,使其成為人類歷史上第一家使用私人研製的火箭和飛船將航天員送入太空的企業。那麽,載人龍飛船到底具有何種能力扛起這面“大旗”?飛船的未來走向又是什麽?

航天員羅伯特·本肯和道格·赫利出發前和家人們揮手告別。

時隔9年恢復載人航天能力

2011年7月21日,美國亞特蘭蒂斯號太空梭結束了它的最後一次任務,宣告長達30年的太空梭時代落下帷幕。

2011年7月8日上午,美國亞特蘭蒂斯號太空梭從肯尼迪航天中心成功發射升空,執行最後一次任務。

2011年7月21日,亞特蘭蒂斯號太空梭在肯尼迪航天中心著陸,結束其“謝幕之旅”。

由於當時並沒有新的載人航天器拿過“接力棒”,曾將人類送上月球的美國暫時失去了載人航天能力。在此次任務中,一面特殊的美國國旗被帶上國際空間站,上面寫著“這面國旗只有從美國本土起飛的航天員才能取下帶回地球”。也就是說,只能等到美國下一種載人航天器的投運時,這面國旗才能重歸地球,這一等就是整整9年。

9年後的這次發射終於讓美國恢復了載人航天能力,而SpaceX公司也成為第一個具備獨立載人航天能力的民營企業按計劃,飛船將在國際空間站停留30天以上,具體返回時間取決於太陽能電池板衰減情況。

載人龍飛船升空2分鐘前,國際空間站上的航天員拍攝到的肯尼迪航天中心發射台,獵鷹9火箭矗立在發射台。

載人龍飛船發射與火箭助推器回收過程。

載人龍飛船飛行13個步驟的示意圖,包括發射、著陸與飛船部署,以及與國際空間站的對接和最後的返回。

美國宇航局局長吉姆·布裡登斯汀發射前看望航天員。

SpaceX公司總裁馬斯克和美國宇航局局長吉姆·布裡登斯汀獻上各種POSE秀。

載人龍飛船特點鮮明

載人龍飛船的為直徑4米,高8.1米,發射重量在9-15噸之間,採用兩艙設計,分為加壓艙(9.3立方米)和非加壓艙(37立方米),上行載荷能力6噸,下行載荷能力3噸。該飛船可獨立飛行工作7天,對接狀態下能工作210天。

豎立在肯尼迪航天中心39A發射台上的載人龍飛船。這也是2011年7月8日,亞特蘭蒂斯號太空梭最後一次飛行使用的發射台。

為盡可能重複使用飛船設備,飛船大部分設備集中於返回艙,非加壓艙主體由碳纖維製成,僅設置有體裝式太陽能電池板等設備。

黎明時的載人龍飛船。

由於美國宇航局對飛船落水時衝擊的限制,目前飛船設有4個座位,未來最多能承載7名航天員。

同時,飛船採用美國宇航局的通用對接接口,具備自動對接和手動對接能力。為保證安全,飛船採用自備動力逃逸系統,配有8台超級天龍座逃逸發動機,採用四氧化二氮/甲基肼雙組元推進劑,具備從發射前到入軌的“全程逃逸”能力。

另外,載人龍飛船的一大亮點是取消了可展開太陽電池翼的設計,而是採用非加壓艙半包圍體裝式太陽能電池板,這是一大創新。這樣可以避免出現電池翼展不開的故障,而且比展開式太陽能電池翼使用率高,效能更好,無論哪個角度,只要有太陽光照,飛船就會吸收光異塵餘生。

載人龍飛船取消了傳統飛船採用的可展開太陽電池翼設計。

川普現場觀看載人龍飛船發射

台灣時間5月28日4時33分,載人龍飛船在距預定起飛時間還有17分鐘時因為氣象不佳被取消發射,讓雙雙飛到肯尼迪航天中心現場觀看此次發射任務的美國總統川普和副總統彭斯未能如願。3天后,川普和彭斯再次來到這裡,終於見證了這一歷史性時刻。

美國總統川普和副總統彭斯在遠處觀看載人龍飛船發射升空。

發射倒計時110分鐘,工作人員關閉載人龍飛船艙門。

發射倒計時,航天員在飛船內已經就位。

發射倒計時,航天員在飛船內檢查設備運行情況。

發射前采取多種保障措施

為了保障載人龍飛船能順利發射升空,美國宇航局和SpaceX公司在此之前做了大量的保障和服務工作。

負責卡納維拉爾角空軍基地的美國太空軍第45天氣中隊,在此次發射任務中起到了重要作用。

上面3張照片分別是SpaceX公司加州霍桑總部,休斯頓約翰遜航天中心,肯尼迪航天中心的任務控制室,一同監控了此次載人龍飛船的發射任務。

美國宇航局地球觀測衛星拍攝的肯尼迪航天中心LC-39A發射台和LC-39B發射台。

幾經坎坷,終迎載人

事實上,早在太空梭退役前,美國宇航局就開始物色新載人飛船的承包商,當時波音公司、藍色起源公司、內華達山脈公司和SpaceX公司進入觀察資助名單。因此,美國宇航局借鑒之前“商業貨運服務計劃”的成功經驗提出了“商業載人航天”項目,資助企業研製載人飛船替代當時行將退役的太空梭,從而擺脫對俄羅斯聯盟號載人飛船的依賴。

載人龍飛船發射前,兩名航天員在工作人員的協助下穿航天服。

與“阿波羅時代”不同,該項目中的飛船所有權歸屬於企業本身,中標企業可以在滿足美國宇航局任務需求的條件下,執行其他商業航天任務(如太空旅遊),借此激勵企業創新和自籌資金,而美國宇航局只是購買飛船的“載人服務”。

除此之外,美國宇航局盡量減少對飛船設計的介入,減少監造人員和深廣度,改為定期進行公開的進度溝通。最終經過4年評估,美國宇航局於2014年正式宣布波音公司和SpaceX公司雀屏中選,波音公司研製的新飛船名為“星際線”,累計資助額50億美元;SpaceX公司則為載人龍飛船,累計資助32億美元。

自此之後,SpaceX公司於2015年5月成功進行發射台逃逸試驗;2015年11月,SpaceX公司進行了載入龍飛船的懸停飛行試驗,以演示超級天龍座發動機的變推力能力和飛船的懸停特性。

載人龍飛船進行發射台逃逸試驗。

2019年3月2日,SpaceX公司從肯尼迪航天中心LC-39A發射台首次將載人龍飛船送入太空,執行首次無人演示任務。在發射的27小時後,載人龍飛船成功自主對接國際空間站並順利返回地球。

2020年1月19日,載人龍飛船順完成“發射中逃逸試驗”,作為該船正式載人前的最後一項全船重大測試,成功證明了飛船發布時宣稱的“全程逃逸”能力。

載人龍飛船成功進行“發射中逃逸試驗”。

其實,載人龍飛船的研製之路並非一帆風順。2019年4月,執行完首次無人試飛的飛船在一次逃逸發動機的靜態點火試驗中,因管路殘留推進劑在高壓氣體作用下發生了水錘效應,常溫推進劑與鈦製閥芯發生罕見反應,導致劇烈爆炸,飛船全毀。

載人龍飛船進行靜態點火試驗。

除此之外,載人龍的降落傘也曾遇到過問題,最終應美國宇航局的要求換用改進的MK3型降落傘,並進行了多次空投試驗驗證後,方告通過。

人貨通用和重複使用

其實,載人龍飛船不止能載人,還採用了人、貨通用且可重複使用的設計。

位於肯尼迪航天中心LC-39A廠房中的載人龍飛船和獵鷹9火箭。

SpaceX公司採用全新製造的飛船和火箭為美國宇航局運送航天員,在飛船和火箭完成回收後進行翻修和改裝,然後用“複用火箭+複用飛船”的組合為美國宇航局執行無人貨運任務。該飛船做到了“裝上座椅運人,拆掉座椅運貨”,兩種任務所用飛船基本互換。所以載人龍飛船的貨運版也是第二階段“商業貨運服務計劃”的重要飛船,本次載人任務結束後,回收的載人龍飛船就將替代今年3月退役的一代龍飛船,成為未來國際空間站貨運服務的“中流砥柱”。

載人龍飛船豎立過程。

另外,憑借低成本的可重複使用火箭和載人飛船,SpaceX公司將具有獨立、廉價且基本完整的載人航天能力,所以其野心還將延伸至新的領域——太空旅遊。

SpaceX公司目前已通過代理承接了兩單太空旅遊項目,其中第一單將有4名付費乘客,不對接國際空間站,由飛船獨立完成,耗時約5天。更重要的是,這次旅行將不設專業航天員,由飛船自主發射、自主在軌、自主返回。

而載人龍飛船從設計伊始就有所考慮,無論是大幅簡化的人機界面,高度自動化的飛控系統,還是可定製的艙內航天服和簡化的維生管路,都瞄準著商業太空遊。而在商業發射需求下滑,SpaceX公司面臨“有箭無單”的今天,太空旅遊或將成為公司新的盈利機會。

未來若“複用火箭+複用飛船”的組合能經過評估並投入載人發射,必將對降低人類進入太空的成本作出一定的貢獻。

來源:中國航天報(ID:wht_htb)

廣州日報全媒體編輯 王曉曼

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